模拟电路系列分享-频率失真

目录

概要

整体架构流程

技术名词解释

技术细节

1.基本问题简介

2.线性失真

3.频率失真的危害

小结

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概要

提示：这里可以添加技术概要

继续接着上一节的内容继续分享和学习，

整体架构流程

分三个部分，仔细的分享了失真方面的知识

技术名词解释

提示：这里可以添加技术名词解释

略

技术细节

1.基本问题简介

失真︰输出波形和输入波形的不一致，称为失真。但是这个不一致，不包括时间移位、幅度变化和幅度移位，比如准确放大的照片，虽与原始照片大小不一致，但不能称为失真。因此，对输出波形进行最优的线性运算后，仍和输入波形的不一致，称为失真。
任何一个运放或者其它放大器，只有做到"输入—输出"关系是曲线，当输入为单一频率纯净正弦波时，输出就一定不是正弦波，而是除基波之外，还包含谐波。这种失真的本质原因是放大电路"输入一输出"关系不是过零直线，因此也称之为非线性失真。
如果一个放大电路，"输入—输出"关系是一个过零的直线，当输入为纯净正弦波时，输出也是同频的纯净正弦波，这个放大电路称为"无非线性失真放大电路”。反之，则称为“具有非线性失真放大电路"。

2.线性失真

        对于“无非线性失真放大电路”，仍会产生波形失真，此类失真称为"线性失真"。
当输入不是纯净正弦波，而是几个正弦波的叠加，形成了如图Section76-1绿色曲线所示的复合波，放大电路对每个正弦波都不产生非线性失真，但是对每个正弦波的增益不同或者延时不同，造成输出波形变形，如图中红色曲线，这种失真叫频率失真，也称线性失真。
线性失真分为三种，
1)单独的幅度失真:放大电路对不同频率的输入信号，具有不同的放大倍数。
2）单独的相位失真︰放大电路对不同频率的输入信号，具有不同的延时。特别注意，不是"不同的相移”，而是"不同的延时”。
3）既有幅度失真，也有相位失真，称为综合失真。这是绝大多数情况。
       对于我们常见的放大电路，理论上讲，绝不存在"无非线性失真放大电路”，因此如果输入波形为复合波，那么输出波形一定包含非线性失真，还包含线性失真，而线性失真中，一般既包含幅度失真，也包含相位失真。

3.频率失真的危害

 失真度非常小的运算放大器，经过合适的负反馈后，可以使得放大电路的失真度进一步下降。很多优秀的放大电路，其失真度指标可以做到-120dB 以下，因此可以近似认为这就是"无非线性失真放大电路”。
但是，即便使用如此低失真度的放大电路，如果存在频率失真，也就是线性失真，输出波形仍然会发生不可逆的变形。
产生频率失真的根本要素是，输入波形是一个复合波，低失真度放大电路对输入波形中不同频率信号，实施了不同增益、不同延时的放大。虽然，对每个单一频率正弦波，都不产生非线性失真，但是，由于线性失真的存在，输出的复合波形仍然会发生变形。

，表现线性失真的示意图。图中蓝色为原始输入的复合波形，由等幅度的基波和3次谐波相加形成，如果没有发生线性失真，其输出将与输入一样。单纯的幅度失真如图红色波形所示，它是1倍的基波+0.5倍的3次谐波组成，很显然，放大电路对3次谐波实施了幅度的衰减，输出波形看起来平滑了很多，即我们常说的高频抑制;而绿色波形则是单纯的相位失真，它是有1倍基波无相移·1倍3次谐波含一个固定相移组成;而紫色波形则是"既包含幅度失真，又包含相位失真"的综合失真。

 

 

小结

提示：这里可以添加总结

频率失真造成的危害是严重的。真正的放大电路，其输入信号一般不会是单一频率正弦波，虽然我们在做实验的时候广泛采用这种输入。比如音频放大电路，其输入信号是自然界的声音，它一定是包含很多频率分量的复合波。
以心电信号为例，其主要频率分量大致分布在0.1Hz~25Hz之间，为了可靠放大，一般会给信号链路中增加45Hz左右的低通滤波器，以抑制50Hz工频干扰以及更高频率的肌电信号﹔增加0.01Hz高通滤波器以抑制超低频率的信号漂移。这些滤波器的引入，一旦设计不好，就会对原始心电信号带来幅度的改变，或者相位的改变，进而引入线性失真，也就是频率失真。其直接后果就是，打印出来的心电信号发生了变形，误导了医生对病情的诊断。
产生频率失真的根本要素是，输入波形是一个复合波，低失真度放大电路对输入波形中不同频率信号，实施了不同增益、不同延时的放大。虽然，对每个单一频率正弦波，都不产生非线性失真，但是，由于线性失真的存在，输出的复合波形仍然会发生变形。
图Section76-2是用Excel生成的，表现线性失真的示意图。图中蓝色为原始输入的复合波形，由等幅度的基波和3次谐波相加形成，如果没有发生线性失真，其输出将与输入一样。单纯的幅度失真如图红色波形所示，它是1倍的基波+0.5倍的3次谐波组成，很显然，放大电路对3次谐波实施了幅度的衰减，输出波形看起来平滑了很多，即我们常说的高频抑制;而绿色波形则是单纯的相位失真，它是有1倍基波无相移·1倍3次谐波含一个固定相移组成;而紫色波形则是"既包含幅度失真，又包含相位失真"的综合失真。